学习情境12轴承.doc

学习情境12 设计选用减速器中的滚动轴承
主讲教师
吴明清
指导教师

授课日期

授课班级
12
学习情境
任务14 设计选用减速器中的滚动轴承
学时
4
能力目标
1、 能够正确选用滑动轴承、滚动轴承；
2、 具备识图、查阅相关手册、标准的能力；
3、 具备轴承的组合设计能力。
训练项目
设计选用减速器中的滚动轴承
知识点
滑动轴承结构及应用，滑动轴承的润滑，滚动轴承的结构，滚动轴承的参数及类型，滚动轴承的代号，滚动轴承的失效形式及计算准则，轴承6个基本概念，3个基本计算，2个设计准则
教学重点与难点
1、滚动轴承的工作能力计算，
2、滚动轴承的组合设计
教学方法
任务驱动教学与典型案例讲解相结合
教学准备
课件，黑板，多媒体设备等。
检测与评价
职业能力(占70%)、职业素质(30%)； 评价成绩采用百分制。
教案设计
工作过程
工作内容
课前组织
（5min）
1． 清点学生人数；
2． 检查授课环境；
3． 链接多媒体课件。
任务导入
（5min）
提出学习任务，导入课程
先让同学们回忆上一单元学习减速器中轴的设计、齿轮的设计时，对轴上零件的固定形式掌握程度。
用视频演示在减速器中的工作过程。让学生观 察轴承运动动态演示、轴承结构分解图。
提出学习任务：
为案例中单级直齿齿轮减速器中支撑轴和齿轮传动选择合适的滚动轴承。
任务目的：
1.滚动轴承是标准件，任务内容就是如何合理的进行选用，要求学生掌握选用的依据。
2.滚动轴承安装也非常重要，不但要学会选用，还要掌握滚动轴承的组合设计。
3. 本设计轴上采用的是圆柱直齿轮，所以轴的支承采用深沟球轴承，比较简单。建议学生考虑，如果是圆柱斜齿轮，应该选用什么型号的轴承?又应该如何计算，作为设计的扩展。
4. 通过轴承的选用，主要掌握参数的选择 和查表；
5. 掌握滚动轴承的国家标准和轴承的标注及符号解释。
资讯
（90min）

2.1滚动轴承的结构
如图12-11所示，滚动轴承由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等四部分组成，其中滚动体是滚动轴承中不可缺少的重要元件。常用的滚动体，如图12-12所示。保持架的作用是均匀分布滚动体，以减小滚动体的摩擦和磨损。

图12-11滚动轴承基本结构 图 12-12常用滚动体

滚动轴承的内、外圈和滚动体，一般是用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。常用牌号如GCr15、GCr15SiMn 等(G表示滚动轴承钢)，热处理后硬度可达到62HRC～65HRC。
2.2滚动轴承参数及类型
2.2.1滚动轴承参数
（1）游隙
滚动体与内外滚道之间的最大间隙称为游隙，即当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量，有径向游隙和轴向游隙之分，如图12-13所示。

图12-13轴承 图12-14轴承接触角 图12-15轴承的偏位角
（2）接触角
滚动轴承中滚动体与外圈接触处的法线和垂直于轴承轴心线的平面的夹角，称为接触角。如图12-14所示。
（3）偏位角
轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹的锐角称为偏位角。
（4）极限转速
滚动轴承在一定的载荷和润滑的条件下，允许的最高转速称为极限转速。
2.2.2滚动轴承类型
滚动轴承的类型很多，下面介绍几种常见的分类方法：
（1）按滚动体的形状，可分为球轴承和滚子轴承两大类。
（2）按滚动体的列数，可分为单列、双列及多列滚动轴承。
（3）按工作时能否调心，可分为调心轴承和非调心轴承。
（4）按承受载荷的方向不同，可分为向心轴承和推力轴承两类。
向心轴承主要承受径向载荷，其公称接触角α=0°的轴承称为径向接触轴承；0°＜α≤45°的轴承，称为角接触向心轴承。接触角越大，承受轴向载荷的能力也越大。
推力轴承：主要承受轴向载荷，其公称接触角45°＜α＜90°的轴承，称为角接触推力轴承，其中α=90°的称为轴向接触轴承，也称推力轴承。接触角越大，承受径向载荷的能力越小，承受轴向载荷的能力也越大，轴向推力轴承只能承受轴向载荷。
极限转速比：是指同一尺寸系列0级公差的各类轴承脂润滑时的极限转速与6类深沟球轴承脂润滑时的极限转速之比。高、中、低的含义为：高为6类深沟球轴承极限转速的90%～100%；中为6类深沟球轴承极限转速的60%～90%；低为6类深沟球轴承极限转速的60%以下。
2.3滚动轴承的代号
滚动轴承的种类和尺寸规格繁多，为了便于组织生产和选用，常用的滚动轴承大多数已经标准化了。国家标准GB/T272-93规定了滚动轴承的代号方法，轴承的代号用字母和数字来表示。一般印或刻在轴承套圈的端面上。
滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号组成。轴承代号的构成见表12-4。
表12-4滚动轴承代号的构成
前置代号
基本代号
后置代号
字母
类型代号
尺寸系列代号
内径代号
字母（或加数字）
数字或字母
宽度系列代号
直径系列代号
两位数字
一位数字
一位数字
例如：滚动轴承代号N2210/P5 在基本代号中：N——类型代号；22——尺寸系列代号；10——内径代号，后置代号：/P5——精度等级代号。
1） 基本代号（滚针轴承除外）：基本代号表示轴承的类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号三部分构成。
（1）类型代号：用数字或字母表示，其表示方法见表12-5。
表12-5 一般滚动轴承类型代号
代号
轴承类型
代号
轴承类型
0
1
2
3
4
5
6
双列角接触球轴承
调心球轴承
调心滚子轴承和推力调心滚子轴承
圆锥滚子轴承
双列深沟球轴承
推力球轴承
深沟球轴承
7
8
N
U
QJ
角接触球轴承
推力圆柱滚子轴承
圆柱滚子轴承
外球面球轴承
四点接触球轴承
（2）尺寸系列代号
尺寸系列代号由轴承的宽（推力轴承指高）度系列代号和直径系列代号组成。各用一位数字表示。
轴承的宽度系列代号指：内径相同的轴承，对向心轴承，配有不同的宽度尺寸系列。轴承宽度系列代号有8、0、1、2、3、4、5、6，宽度尺寸依次递增。对推力轴承，配有不同的高度尺寸系列，代号有7、9、1、2，高度尺寸依次递增。在GB/T272-93规定的有些型号中，宽度系列代号被省略。
轴承的直径系列代号指：内径相同的轴承配有不同的外径尺寸系列。其代号有7、8、9、0、1、2、3、4、5，外径尺寸依次递增。图12-16所示为深沟球轴承的不同直径系列代号的对比。

6105轴承 6205轴承 6305轴承 6405轴承
图12-16直径系列对比
（3）内径代号：轴承内孔直径用两位数字表示，见表12-6。
表12-6轴承内径代号
内径代号
00
01
02
03
04～99
轴承内径d（㎜）
10
12
15
17
数字×5
2）前置代号
轴承的前置代号用字母表示。如用L表示可分离轴承的可分离内圈或外圈，代号示例如LN207。
3）后置代号
轴承的后置代号是用字母（或加数字）等表示。后置代号的内容很多，下面介绍几种常用的后置代号。
（1）内部结构代号用字母表示，紧跟在基本代号后面。如接触角α=15°、25°和40°的角接触球轴承分别用C、AC和B表示内部结构的不同。代号示例如7210C、7210AC和7210B。
（2）密封、防尘与外部形状变化代号。如“-Z”表示轴承一面带防尘盖；“N”表示轴承外圈上有止动槽。代号示例如6210-Z、6210N。
（3）轴承的公差等级分为2、4、5、6、6X和0级，共6个级别，精度依次降低。其代号分别为/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6和/P0。公差等级中，6X级仅适用于圆锥滚子轴承；0级为普通级，在轴承代号中省略不表示。代号示例如6203、6203/P6、30210/P6X。
（4）轴承的游隙分为1、2、0、3、4和5组，共6个游隙组别，游隙依次由小到大。常用的游隙组别是0游隙组，在轴承代号中省略不表示，其余的游隙组别在轴承代号中分别用符号/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。代号示例如6210、6210/C4。
实际应用的滚动轴承类型是很多的，相应的轴承代号也是比较复杂的。以上介绍的代号是轴承代号中最基本、最常用的部分，熟悉了这部分代号，就可以识别和查选常用的轴承。关于滚动轴承详细的代号方法可查阅GB/T272-93。
计划与决策（5min）

1.进行自愿分组。
2.学习相关知识。
3.明确工作思路。
4.讨论任务实施注意事项。
5.完成任务。
6.检查评价。
实施
（30min）

1. 给定的参数
在轴的设计完成之后，进行轴承的选用。我们在轴的结构设
计时，对于轴的支承，选用了深沟球轴承，轴承的型号和尺寸都
已经知道，在这里主要是轴承额定使用寿命的校核。
初选轴承型号为7211AC。已知轴的转速=1450r/min，两轴承所受的径向载荷分别为=3300N，=1000N，轴向载荷=900N，轴承在常温下工作，运转时有中等冲击，要求轴承预期寿命12000。试校核额定使用寿命。

图12-23
(1)计算轴承的轴向力、
由表12-10查得7211AC轴承内部轴向力的计算公式为 =0.68 ，故有：
=0.68=0.68×3300N=2244N
=0.68=0.68×1000N=680N
因为 +=(680＋900)N=1580N＜=2244N
故可判断轴承2被压紧, 轴承1被放松，两轴承的轴向力分别为：
= =2244N
= －=(2244－900)N=1344N
(2)计算当量动载荷、
由表12-8查得=0.68，而

＜e
查表12-8可得=1，=0；=0.41，=0.87。由表12-7取=1.4，则轴承的当量动载荷为：
=1.4×(1×3300+0×2244)N=4620N
=1.4×(0.41×1000+0.87×1344)N=2211N
(3)计算轴承寿命
因＞，且两个轴承的型号相同，所以只需计算轴承1的寿命，取= 。
查手册得7211AC轴承的=50500N。又球轴承ε=3，取=1，则由式12-7得
==15010h＞12000 h
由此可见轴承的寿命大于预期寿命，所以该对轴承合适。

检查与评价
（15min）

巡回指导检查，及时解答学生疑问。
评价有教师评价与学生自评与互评相结合。
评定形式
比例
评定内容
评定标准
得分
自我评定
20%
1.学习工作态度 5分
2.完成任务情况 5分
3.出勤情况 5分
4.独立工作能力 5分
积极【5】；一般【3】；不积极【0】
全部【5】；一半【3】；没有【1】
全勤【5】；缺两次【3】；30%【0】
强【5】；一般【3】；不强【1】

小组评定
30%
1.学习工作责任意识 5分
2.收集材料、调研能力 5分
3.汇报、交流、沟通能力 10分
4.团队协作精神 10分
强【5】；一般【3】；不强【0】
强【5】；一般【3】；不强【1】
强【10】；一般【6】；不强【2】
强【10】；一般【6】；不强【2】

教师评定
50%
1.集体学习工作过程状态 10分
2.计划制定、执行情况 10分
3.任务完成情况 15分
4.项目学习、实训报告 15分
积极【10】；一般【6】；较差【2】
好【10】；一般【6】；较差【2】
好【15】；一般【10】；较差【5】
【0】-【15】

任务拓展
（40min）
2.1滚动轴承的固定方式
常用的轴承固定方式有三种: 两端单向固定，一端双向固定、一端游动以及两端游动式。
(1)两端单向固定
如图12-24（a）所示，在轴的两个支点上，用轴肩顶住轴承内圈，轴承盖顶住轴承的外圈，使每个支点都能限制轴的单方向轴向移动，两个支点合起来就限制了轴的双向移动，这种固定方式称为两端单向固定或双固式。

（a） （b）
图12-24两端单向固定的轴系
(2) 一端双向固定、一端游动
如图12-25(a)所示，左端轴承内、外圈都为双向固定，以承受双向轴向载荷，称为固定端。
(a) (b)
图12-25一端双向固定、一端游动的轴系
(3) 两端游动式
图12-26所示为人字齿轮传动中的主动轴，考虑到轮齿两侧螺旋角的制造误差，为了使轮齿啮合时受力均匀，两端都采用圆柱滚子轴承支承，轴与轴承内圈可沿轴向少量移动，即为两端游动式结构。

图12-26两端游动的轴系
轴承在轴上一般用轴肩或套筒定位，轴承内圈的轴向固定应根据轴向载荷的大小选用图12-27(a)所示的轴端挡圈、圆螺母、轴用弹性挡圈等结构。外圈则采用图12-27(b)所示的轴承座孔的端面（止口）、孔用弹性挡圈、压板、端盖等形式固定。
(a)

(b)
图12-27单个轴承的轴向定位与固定
2.2轴承组合的调整
2.2.1轴承间隙的调整
常用的调整轴承间隙的方法有：
（1） 如图12-24所示，靠增减端盖与箱体结合面间垫片的厚度进行调整；
（2） 如图12-28所示，利用端盖上的调节螺钉改变可调压盖及轴承外圈的轴向位置来实现调整，调整后用螺母锁紧防松。

2.2.2 滚动轴承的预紧
在轴承安装以后，使滚动体和套圈滚道间处于适合的预压紧状态，称为滚动轴承的预紧。预紧的目的在于提高其工作的刚度和旋转精度。成对并列使用的圆锥滚子轴承、角接触球轴承及对旋转精度和刚度有较高要求的轴系通常都采用预紧方法。如图12-29所示，常用的预紧方法有在套圈间加垫片并加预紧力、磨窄套圈并加预紧力。
2.2.3轴承组合位置的调整
轴承组合位置调整的目的，是使轴上的零件如齿轮等具有准确的轴向工作位置。图12-30为圆锥齿轮轴承的组合结构，套杯与机座之间的垫片1用来调整轴系的轴向位置，而垫片2则用来调整轴承间隙。

图12-30轴承组合位置的调整
2.3支承部位的刚度和同轴度
为保证支承部分的刚度，轴承座孔壁应有足够的厚度，并设置图12-31(a)所示的加强肋以增强支承刚度。为保证两端轴承座孔的同轴度，箱体上同一轴线的两个轴承座孔应一次镗出。如图12-31(b)所示，若轴上装有不同外径尺寸的轴承时，可采用套杯式结构，使两端轴承座孔的直径尺寸尽量相同，以便加工时一次镗出两轴承座孔。

2.4滚动轴承的配合
滚动轴承的配合是指轴承内圈与轴颈、外圈与轴承座孔的配合。因为滚动轴承已经标准化，轴承内孔与轴颈的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。一般说来，转动圈（通常是内圈与轴一起转动）的转速越高，载荷越大，工作温度越高，则内圈与轴颈应采用越紧的配合；而外圈与座孔间（特别是需要作轴向游动或经常装拆的场合）常采用较松的配合。轴颈公差带常取n6、m6、k6、js6等；座孔的公差带常用为J7、J6、H7和G7等，具体选择可参考有关的机械设计手册。
2.5滚动轴承的安装与拆卸
设计轴承的组合结构时，应考虑有利于轴承的装拆，以便在装拆时不损坏轴承和其他零部件。装拆时，要求滚动体不受力，装拆力要对称或均匀地作用在套圈的端面上。
2.5.1轴承的安装
（1）冷压法 （2）热装法
(a) (b)
图12-33结构错误示例

2.6滚动轴承的润滑和密封
2.6.1滚动轴承的润滑
滚动轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，同时也有吸振、冷却、防锈和密封等作用。滚动轴承的润滑与滑动轴承类似，常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两种，一般高速时采用油润滑，低速时用脂润滑，某些特殊情况下用固体润滑剂。润滑方式可根据轴承的值来确定。
2.6.2 滚动轴承的密封
滚动轴承密封的作用是防止外界灰尘、水分等进入轴承，并阻止轴承内润滑剂流失。密封方法可分为接触式密封和非接触式密封两大类。
接触式密封常用的有毛毡圈密封、唇形密封圈密封等。图12-34(a)为采用毛毡圈密封的结构。毛毡圈密封是将工业毛毡制成的环片，嵌入轴承端盖上的梯形槽内，与转轴间摩擦接触，其结构简单、价格低廉，但毡圈易于磨损，常用于工作温度不高的脂润滑场合。图12-34(b)为采用唇形密封圈密封的结构。唇形密封圈是由专业厂家供货的标准件，有多种不同的结构和尺寸；其广泛用于油润滑和脂润滑场合，密封效果好，但在高速时易于发热。

3.2滑动轴承典型结构及应用
3.2.1径向滑动轴承及应用
工作时只承受径向载荷的滑动轴承称为径向滑动轴承。这类轴承的结构形式有整体式、剖分式和调心式三种。
（1）整体式滑动轴承及应用
图12-2所示为整体式滑动轴承，它由轴承座和轴瓦组成。轴瓦压装在轴承座孔中。
（2）剖分式滑动轴承及应用
图12-3所示为剖分式滑动轴承，它由轴承座1、轴承盖2、剖分轴瓦3、双头螺柱4等组成。

1— 轴承座 2—轴瓦 1—轴承座 2—轴承盖 3—剖分轴瓦 4—双头螺柱
图12-2 整体式滑动轴承 图12-3剖分式滑动轴承
（3）调心式滑动轴承及应用
图12-4所示为调心式滑动轴承，它利用轴瓦与轴承座间的球面配合使轴瓦可在一定角度范围内摆动，以适应轴受力后产生的弯曲变形，避免图12-5所示轴与轴承两端局部接触和局部磨损。但球面不易加工，故只用于轴承宽径比b/d＞1.5～1.75 的轴承。

图12-4调心式滑动轴承 图12-5轴瓦端部的局部接触情况

3.2.2推力滑动轴承及应用
工作时主要承受轴向载荷的滑动轴承称为推力滑动轴承。轴颈端面与止推轴瓦组成摩擦副。由于工作面上相对滑动速度不等，靠近边缘处，相对滑动速度大，磨损严重，易造成工作面上压强分布不均。所以常设计成如图12-6(a)所示的空心轴颈或图12-6(b)所示的单环轴颈。

（a） （b） （c）
图12-6推力滑动轴承
3.3 轴承材料及应用
常用的轴承材料有以下几种：
（1）轴承合金(巴氏合金) 及应用
轴承合金有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两类。这两类合金分别以锡、铅作为基体，加入适量的锑、铜制成。基体较软，使材料获得塑性，硬的锑、铜晶粒起抗磨作用。
（2）铜合金及应用
铜合金是常用的轴瓦材料。主要有锡青铜、铝青铜和铅青铜三种，青铜的强度高，减摩性、耐磨性和导热性都较好，但材料的硬度较高，不易跑合。它适用于中速重载、低速重载的场合。
（3）铸铁及应用
分为灰铸铁和球墨铸铁。材料中的片状或球状石墨成分在材料表面上覆盖后，可以形成一层起润滑作用的石墨层。
（4）粉末冶金及应用
粉末冶金是一种多孔金属材料，由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成，若将轴承浸在润滑油中，使微孔中充满润滑油，则称为含油轴承，具有自润滑性能。
3.4滑动轴承的润滑
为了减缓磨损，降低摩擦功率损耗，并使轴承保持正常工作状态，滑动轴承需要正确的进行润滑。
为了将润滑剂送入润滑部位，保证有良好的润滑状态，还应选择合适的润滑方式和润滑装置。滑动轴承的润滑方法可按下式求得的值选用，即
（12-1）
式中：—轴颈的平均压强（MPa）；
—轴径的圆周速度（）。
当值愈大，表示轴承载荷愈大、速度愈高、发热量愈大。